配位聚合物在生物医学中的研究进展

配位聚合物(coordination polymers，CPs)的概念首先由Bailar课题组提出[1-3]。配位聚合物是指由可以提供孤对电子或不定域电子的有机配体和可以接受电子的金属离子或金属簇通过配位键形成的无机-有机杂化化合物。配位聚合物在空间上呈现一维(1D)、二维(2D)或三维(3D)及无限网络状结构[4]，配位聚合物的金属离子、有机配体之间通过配位相互作用和一些弱作用力，如氢键、π-π堆积及范德华力，自组装形成小的结构单元，然后这些结构单元通过上述作用力进一步组装成配位聚合物。

构建配位聚合物的有机配体和金属元素的选择非常广泛。有机配体作为金属离子之间的桥连基团，必须含有两个以上供电子原子。有机配体的构型、长度和功能均会影响配位聚合物结构和性能。过渡金属离子、镧系金属离子、碱金属离子及碱土金属离子作为配位聚合物的金属中心均有相应报道，金属离子的大小、配体场稳定能、配位构型也是决定配位聚合物结构和性能的重要因素[5-6]。

配位聚合物由无机金属离子和有机配体构成，因此兼具无机物和有机物的优良性质，如多孔性、比表面积大、可修饰和良好的热稳定性等[7-9]。同时，配位聚合物显示出固有的特性：1)利用配位方式的多样性控制和调节配位聚合物的空间结构或者纳米尺寸；2)配位聚合物中金属元素和有机配体的选择非常广泛，使其组成、结构及性能具有可设计性，更加丰富了配位聚合物在气体吸附与分离、催化、发光、分子识别[10]和生物医学等诸多领域的应用[11-13]；3)很多金属元素在生物体中具有特定的功能，如O2的递送、基因的活化、肽酶的催化，可以利用此类金属元素使配位聚合物具有特定的生物学功能[14-16]；4)纳米尺寸的配位聚合物可以实现肿瘤靶向，增强其在肿瘤部位的蓄积，降低全身毒性[17]。

近年来，配位聚合物已经成为配位化学、材料化学和生命科学等领域的前沿方向之一[18-19]。由于其高度的可调性和多功能性，在药物递送、生物成像等方面展示出不可估量的应用前景，成为生物医学领域新兴的研究热点。由于人体环境的特殊性，要求配位聚合物具有良好的生物相容性、在生理环境中优异的稳定性以及抵抗体内竞争配体的能力[20]。本文中，笔者对配位聚合物在生物医学中的应用进行了综述，列举了近年来这类配位聚合物的研究成果和开发进展，并对其发展前景进行展望，期望为今后开发新型配位聚合物提供依据。

1 配位聚合物用于药物的包载与递送

金属-有机框架 (MOFs)是一类特殊的配位聚合物，具有高孔隙率、高比表面积、可调的孔尺寸及可功能化的孔结构等优点，在气体的分离和存储、催化和药物包载等许多领域有巨大的应用潜力[21-23]。

目前，MOFs已作为载体用于包载药物或者荧光素，Zhuang等[24]采用去除金属-有机框架孔隙内有机溶剂的方法成功包载小分子荧光素，但是这种制备方法非常复杂，原材料比较昂贵，最大的缺点是金属-有机框架的孔隙大小不能调整，可以包载的化合物很有限[25-26]。Zheng等[27]利用一锅法制备包载抗肿瘤药物阿霉素的沸石咪唑类骨架材料8(ZIF-8)金属-有机框架(DOX@ZIF-8)，如图1所示。这种制备方法简单、高效，而且金属-有机框架的孔隙大小可以通过调整包载的小分子浓度进行控制，结果证明：阿霉素分子均匀分布于框架中，且可以调节药物的包载量。另外，ZIF-8无毒、生物相容性好，且具有pH响应性，是非常有潜力的药物递送系统。

图1 负载目标分子的ZIF-8金属有机框架[27]Fig.1 ZIF-8 MOFs encapsulated target molecules[27]

通过金属-有机框架进行药物包载的缺点是载药量小，而且有的金属-有机框架在水中稳定性差，因此，Rieter等[28]、Poon等[29]设计并合成了一种新型的以铂类药物为配体的纳米配位聚合物，利用Tb(Ⅲ)离子与丁二酸修饰的顺铂配位，这种用药物作为有机配体的方法大大提高了载药量(图2)。合成的配位聚合物纳米粒，具有球状形态，平均粒径为(58.)nm。由于配位聚合物在水中不稳定，因此用无定型SiO2外壳进行包裹，并且通过改变SiO2外壳的厚度可以有效地控制铂类药物的释放。另外，将带有巯基的RGD环肽接枝到纳米粒表面，能够增强配位聚合物纳米粒与血管肿瘤高表达蛋白的亲和力，从而增强细胞摄取。

图2 铂类药物配位聚合物纳米粒[28]Fig.2 Pt-based coordination polymer for effectivelycontrol release of the Pt species[28]

如上所述，由于高孔隙率、可调的孔尺寸及可功能化的孔结构等特性，多种金属-有机框架均可以作为良好的药物包载与递送系统。

文章来源：《功能材料与器件学报》 网址: http://www.gnclyqjxb.cn/qikandaodu/2021/0216/370.html